Μικρόβια κάτω από τους πάγους της Ανταρκτικής εκδηλώνουν απρόσμενη προσαρμοστικότητα

Μια πρωτοφανής ματιά στον αόρατο κόσμο κάτω από τους παγετώνες της Ανταρκτικής αποκάλυψε έναν ασυνήθιστο θησαυρό ζωής. Επιστήμονες ανέλυσαν το γενετικό υλικό από σχεδόν 1.400 μικρόβια που εντοπίστηκαν σε ένα παγωμένο, υπόγειο λίμνη της Δυτικής Ανταρκτικής και διαπίστωσαν ότι πρόκειται για μονοκύτταρους οργανισμούς με εξαιρετικά ευέλικτο μεταβολισμό και πολύ μακρινή εξελικτική συγγένεια από οποιονδήποτε γνωστό μικροοργανισμό στη Γη.

Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στις 18 Αυγούστου στο περιοδικό Nature Communications, βασίστηκε σε δείγματα που ελήφθησαν από τη λίμνη Mercer, μία από τις πάνω από 600 υπόγειες λίμνες που βρίσκονται θαμμένες κάτω από παγετώνες πάχους άνω του ενός χιλιομέτρου στη Δυτική Ανταρκτική — μια περιοχή τριπλάσια σε μέγεθος από το Τέξας.

«Είναι μια τεράστια έκταση του πλανήτη μας για την οποία δεν έχουμε σχεδόν καμία ιδέα τι συμβαίνει», σχολιάζει ο μικροβιολόγος πολικών περιοχών Alexander Michaud από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Οχάιο, που δεν συμμετείχε στην έρευνα. Η νέα αυτή μελέτη, τονίζει, παρέχει «μια πρωτοφανή και λεπτομερή εικόνα για το ποιος ζει εκεί και πώς επιβιώνει».

Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες έχουν καταφέρει να συλλέξουν δείγματα νερού και ιζήματος μόνο από δύο τέτοιες λίμνες: τη λίμνη Whillans το 2013 και τη λίμνη Mercer το 2018. Στην πρώτη, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τεχνική DNA «barcode» για την ταυτοποίηση των μικροοργανισμών, αναλύοντας ένα μεμονωμένο γονίδιο. Τα ευρήματα τότε υποδείκνυαν ότι οι μικροοργανισμοί ανήκαν σε γνωστά γένη από άλλα σημεία του κόσμου.

Όμως στη λίμνη Mercer, η ερευνητική ομάδα —σε συνεργασία με το Κορεατικό Ινστιτούτο Πολικών Ερευνών— προχώρησε πολύ βαθύτερα. Χρησιμοποιώντας τεχνική μοριακής ενίσχυσης ολόκληρου του γονιδιώματος σε μεμονωμένα κύτταρα, κατάφεραν να απομονώσουν και να χαρτογραφήσουν το πλήρες γονιδίωμα 1.374 μικροβίων. Και εδώ προέκυψαν οι πρώτες μεγάλες εκπλήξεις.

Παρόλο που με βάση την προηγούμενη τεχνική κάποια μικρόβια φαινόντουσαν «γνωστά», όταν αποκαλύφθηκε το σύνολο του γονιδιώματός τους, αποδείχθηκε ότι πρόκειται για μοναδικούς οργανισμούς, εντελώς διαφορετικούς από οποιονδήποτε άλλο γνωστό μικροοργανισμό. Έτσι, καταρρίφθηκε η θεωρία ότι είχαν παρεισφρήσει στις λίμνες πριν μόλις 6.000 χρόνια, όταν θεωρείται ότι θαλασσινό νερό εισχώρησε κάτω από τον παγετώνα.

Αντίθετα, τα γονιδιακά δεδομένα υποδεικνύουν ότι αυτοί οι οργανισμοί εξελίχθηκαν και προσαρμόστηκαν στις ακραίες συνθήκες εδώ και εκατομμύρια χρόνια — ίσως και από την εποχή που ξεκίνησε η επέκταση των παγετώνων στην Ανταρκτική, περίπου 30 εκατομμύρια χρόνια πριν.

«Πρόκειται για εξειδικευμένους οργανισμούς που έχουν προσαρμοστεί στο να ζουν κάτω από τον πάγο», εξηγεί ο βιοπληροφορικός Kyuin Hwang από το Κορεατικό Ινστιτούτο Πολικών Ερευνών. «Ίσως να ζουν κάτω από αυτές τις συνθήκες εδώ και πάρα πολύ καιρό.»

Οι επιστήμονες εντόπισαν και μια ακόμη απρόσμενη ιδιότητα: οι περισσότεροι από αυτούς τους οργανισμούς έχουν μεταβολική ευελιξία που τους καθιστά αντίστοιχους των «ελβετικών σουγιάδων» στον μικροβιακό κόσμο. Μπορούν να αναπτυχθούν τόσο με την παρουσία όσο και με την απουσία οξυγόνου. Μπορούν να τραφούν είτε από οργανικό άνθρακα (π.χ. υπολείμματα άλλων κυττάρων) είτε να προσλάβουν διοξείδιο του άνθρακα για να συνθέσουν μόνοι τους τροφή, όπως κάνουν τα φυτά. Ωστόσο, αντί για το φως του ήλιου, χρησιμοποιούν εναλλακτικές μεταβολικές οδούς ως πηγές ενέργειας, όπως την οξείδωση σιδήρου ή θείου από θρυμματισμένα πετρώματα.

«Αυτή η μεταβολική ευελιξία είναι το κλειδί της επιβίωσής τους», σημειώνει η οικολόγος μικροβίων Hanbyul Lee, επίσης από το Κορεατικό Ινστιτούτο.

Το περιβάλλον τους είναι εξαιρετικά αφιλόξενο, με ελάχιστη τροφή εκτός από θρυμματισμένα πετρώματα. Όπως λέει ο Brent Christner, μικροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Φλόριντα, που συμμετείχε και στις δύο αποστολές στις λίμνες, «σε μια καλή χρονιά, αυτά τα μικρόβια μπορεί να διαιρεθούν μόνο δύο φορές». Η παροχή οξυγονωμένου νερού από υπόγεια ρεύματα είναι ασταθής και συχνά εξαντλείται.

Ο Christner υποστηρίζει ότι οι μικροοργανισμοί της λίμνης Mercer πιθανώς μεταφέρονται εκεί από πιο απομονωμένες περιοχές της ενδοχώρας της Ανταρκτικής, όπου οι συνθήκες είναι ακόμα πιο ακραίες. Με αυτά τα δεδομένα, οι λίμνες Mercer και Whillans ίσως να αποτελούν τα «τροπικά δάση της Ανταρκτικής», όπως λέει χαρακτηριστικά.